Geologische Situation im hessischen Oberrheingraben

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Robert Klein
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1 Tiefe Geothermie und Erdgasuntertagespeicherung - Ein Nutzungskonflikt? Dr. Johann-Gerhard Fritsche & Dr. Matthias Kracht, Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie Offenburg, 26. Februar 2010

2 Übersicht Potenzial in Hessen Geologische Situation im hessischen Oberrheingraben Nutzungskonflikte allgemein Erdgasuntertagespeicherung Untersuchungsprogramm

3 Tiefe Erdwärmesonde Nutzungsarten Hydrothermale Nutzung Petrothermale Nutzung

4 Tiefengeothermisches Potenzial Roter Bereich: Oberrheingraben, erhöhter geothermischer Gradient, Temperatur in 3000 m Tiefe ca C (durch Messwerte belegt) Orange und gelbe Bereiche: Vermutlich erhöhter geothermischer Gradient, Temperatur in Thermalwasseraufstiegsgebieten in 3000 m Tiefe vermutlich C (sehr wenig erkundet) Übriges Hessen: Normaler geothermischer Gradient von 3 C Temperaturzunahme pro 100 m Tiefe, Temperatur in 3000 m Tiefe ca C Grüne Punkte: Bohrungen > 400m

Oberrheingraben Prätertiäre Oberfläche, Zielhorizonte

Hessische Senke) Extensionale Phase: Erste Absenkungen im Unter-

nördlichen Oberrheingraben, dort im Miozän stärkste Senkung Ende

dominierenden sinistralen Scherbewegungen: Oberpliozän bis heute,

5 Oberrheingraben Prätertiäre Oberfläche, Zielhorizonte Transeuropäisches Rift-System (Rhône- Graben, Oberrheingraben, Hessische Senke) Extensionale Phase: Erste Absenkungen im Unter- bis Mitteleozän, Verlagerung der Senkung im Oberoligozän in den nördlichen Oberrheingraben, dort im Miozän stärkste Senkung Ende Aquitan bis Ende Unterpliozän: Inaktive Grabenperiode Phase mit dominierenden sinistralen Scherbewegungen: Oberpliozän bis heute, offene Kluftsysteme in Störungsbereichen Prätertiäre Oberfläche wird nach Norden hin älter

nördlichen Oberrheingraben bezogen auf NN (aus DOEBL & Olbrecht, 1974)

6 Bestandsaufnahme: verschiedene Strukturkarten z.b. Tiefenlinien der Tertiärbasis/Oberfläche Zielhorizont Rotliegendes im nördlichen Oberrheingraben bezogen auf NN (aus DOEBL & Olbrecht, 1974) Heidelberger Loch : > 3000 m u. NN Rotliegendes im hessischen Anteil: m unter NN

Randfazies am S-Rand des Saar-Nahe-Trogs Untersuchungen zum Geothermischen

7 F + E-Projekt 3 D-Modell der geothermischen Tiefenpotenziale von Hessen (HMUELV, TU Darmstadt, HLUG) Rotliegendmächtigkeiten im nördlichen Oberrheingraben Zunahme nach NW Randfazies am S-Rand des Saar-Nahe-Trogs Untersuchungen zum Geothermischen Tiefenpotenzial des Oberrheingrabens zwischen Frankfurt und Viernheim A. Buß, K. Bär, I. Sass (2008)

100 m Temperaturen in 2000 m Tiefe bis zu 120 C Datenlage im nördlichsten Bereich unbefriedigend

8 F + E-Projekt 3 D-Modell der geothermischen Tiefenpotenziale von Hessen (HMUELV, TU Darmstadt, HLUG) Tiefenlage der Oberkante des Kristallin im nördlichen Oberrheingraben Störungen oft mit Versatz- beträgen > 100 m Temperaturen in 2000 m Tiefe bis zu 120 C Datenlage im nördlichsten Bereich unbefriedigend Untersuchungen zum Geothermischen Tiefenpotenzial des Oberrheingrabens zwischen Frankfurt und Viernheim A. Buß, K. Bär, I. Sass (2008)

Abschätzung des geothermischen Potenzials Aus Bär (2008): 3D-Modellierung des tiefengeothermischen

9 F + E-Projekt 3 D-Modell der geothermischen Tiefenpotenziale von Hessen (HMUELV, TU Darmstadt, HLUG) 1. Geologisches 3 D-Modell mit GoCad 2. Attributierung geothermischer Parameter 3. Abschätzung des geothermischen Potenzials Aus Bär (2008): 3D-Modellierung des tiefengeothermischen Potenzials des nördlichen Oberrheingrabens und Untersuchung der geothermischen Eigenschaften des Rotliegend, Diplomarbeit unveröff., TU Darmstadt

10 Beantragte bzw. bewilligte Aufsuchungserlaubnisse, für Erdwärme gem. 7 und 8 BBergG, Stand: Juni 2009 Hauptinteressensgebiet Oberrheingraben Greenfield Exploration im Rheinischen Schiefergebirge

Arbeitsprogramm seine Ziele erfüllen kann und aussichtsreich ist.

11 Stellungnahme des HLUG zum Antrag auf Erlaubnis Oberkante Rotliegendes im Raum Stockstadt Allgemeine Prüfung aus geologischer Sicht, ob das Vorhaben mit dem geschilderten Arbeitsprogramm seine Ziele erfüllen kann und aussichtsreich ist. Prüfung der einzelnen Fachbereiche, ob Konflikte mit anderen Nutzungen des Untergrunds gegeben sein können Nutzungskonflikte

Nutzungskonflikte im Untergrund, Oberrheingraben Trinkwassergewinnung

12 J.-G. Fritsche & M. Kracht: Tiefe Geothermie und Erdgasuntertagespeicherung Ein Nutzungskonflikt? Nutzungskonflikte im Untergrund, Oberrheingraben Trinkwassergewinnung Mineralwassergewinnung (Nordrand) Oberflächennahe Rohstoffe Erdgasuntertagespeicherung Gebiet erhöhter Seismizität Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

13 Erdgasspeicher in Hessen (mit Angabe der max. Arbeitsgaskapazität [Mill. m³/v n )] Porenspeicher Stockstadt und Hähnlein Kavernenspeicher Reckrod Erdöl und Erdgas in der Bundesrepublik Deutschland 2007 LBEG, Hannover 2008

14 Geologie und Temperaturen im Bereich Stockstadt Bis m Teufe Stratigrafie, (Lithologie) Temperatur (Teufe) - 579,5 Quartär und Jungtertiär II - 709,5 Jungtertiär I ,0 Obere Hydrobienschichten 41,79 C (- 846 m) Störung ,0 Untere Hydrobienschichten ,0 Corbiculaschichten ,0 Cerithienschichten 105 C ( m) Störung -1534,0 Septarienton ,0 Pechelbronner Schichten ,0 (Ober-) Rotliegendes: Tonstein, sandig, braunrot ,0 (Ober-) Rotliegendes: Tonstein, sandig, braunrot, mit zwischengeschalteten Konglomeraten ,0 (Ober-) Rotliegendes: überwiegend Melaphyr ,0 (Unter-) Rotliegendes: Tonstein, grau, braun, violettstichig, teilweise sandig und sandflaserig ,5 Grundgebirge (Granodiorit), unregelmäßige Klüfte, Harnischflächen 140 C (Endteufe) Beispiel: Bohrung im Erdölfeld Stockstadt 4,9 C /100 m 9,7 C/100 m 4,5 C/100 m Open hole-test: 2250,3 bis ET: Kein Zufluss

15 Geologischer W-E Schnitt durch den nördlichen Oberrheingraben zwischen Stockstadt und Odenwald Nach STRAUB (1962) in GK 25, Bl Zwingenberg, HLUG Profil 2-fach überhöht

16 Temperaturanomalien in Störungsbereichen

17 Geothermie + Speicher Stockstadt: 1. Schritt: 2-D-Seismik (2006) 2. Schritt: Bohrung, Bohrbetriebsplan?

18 Porengasspeicher Stockstadt Speicher Stockstadt: HLfB, 1968 NLfB/GGA (1994) Gasspeicher: NE-Scholle. NNW-SSE-streichende Antiklinale, am westlichen und südwestlichen Rand durch zwei N-S- bzw. NW-SE-orientierte Störungen begrenzt. Speicherhorizont: Jungtertiär II, Sandhorizonte 7 und 8, voneinander durch eine ca. 25 m mächtige Tonserie getrennt, ca. 400 m bzw. 360 m u. NN.

19 Daten des Speichers Stockstadt Speichervolumen m³, davon 94 Mio. m³ in Sand 7 und 160 Mio. m³ in Sand 8 Gaserfüllte Fläche bei 90 Mio. m³ im Sand 7: 1,9 km² bei 51 bar Arbeitsgas 125 Mio. m³, Kissengas 129 Mio. m³ Maximaler Speicherdruck: 62 bar (Sand 7), 57 bar (Sand 8) ca. das 1,5-Fache des natürlichen Speicherdrucks 22 Betriebsbohrungen, davon 14 Speicherbohrungen 8 Beobachtungsbohrungen

20 J.-G. Fritsche & M. Kracht: Tiefe Geothermie und Erdgasuntertagespeicherung Ein Nutzungskonflikt? Bohrplatz

21 J.-G. Fritsche & M. Kracht: Tiefe Geothermie und Erdgasuntertagespeicherung Ein Nutzungskonflikt? Bohrplatz

22 Forderungen des HLUG für Bohrbetriebsplan* (1) Einbeziehen: 2D-Seismik der Geothermiefirma (2005) Geologisches 3-D-Modell: Detaillierte Situation in der engeren Umgebung des Jungtertiärs, Situation bis zum Zielhorizont Rotliegendes. Geologische Schnitte: Schichtlagerung, Störungen in N-S -Richtung zwischen Bohrgebiet und Speicher und W-E. Speicherverhalten: Darstellung während des Speicherbetriebs der letzten Jahre. Vergleich zum natürlichen Lagerstättendruck. Lagerstättentechnische Simulationsrechnungen: Klärung der Druckentwicklung, Druckausbreitung und der maximal gasführenden Flächen (Gas-Wasser-Kontakt) im Speicherbetrieb über mehrere Jahre. Auswirkungen des verdrängten Wassers bei Befüllung. *in Zusammenarbeit mit LBEG (KW-Verbund)

23 Forderungen des HLUG für Bohrbetriebsplan (2) Bohrungen : Nachweis der technischen Dichtheit sämtlicher Bohrungen (Zementration der Überwachungsbohrungen, verfüllte und nichtverfüllte Bohrungen) der Umgebung. Abteufen: Klärung, in welchem Betriebszustand des Erdgasspeichers (Füllungsgrad, Druck) eine Geothermiebohrung in der Umgebung stattfinden kann. Technische Randbedingungen für das Abteufen: Bohrdurchmesser, Spülung, Schutzmaßnahmen /-verrohrung in den einzelnen Grundwasserstockwerken, Preventer etc., Komplettierung. Stimulationsmaßnahmen: Mögliche Auswirkungen, maximale Drücke. Induzierte Seismizität: Möglichkeit und mögliche Auswirkungen auf den Speicher

24 Weitere empfohlene Untersuchungen Vergleich mit anderen Untertagespeichern Stockstadt (Niederdruck-Speicher) Hochdruck-Speicher, z.b. Norddeutschland, bayer. Molasse Vergleich Rohrbelastungen in Geothermie- und Speicherbohrungen T-Einfluss (Elongation/Kontraktion) P-Einfluss (ballooning)

25 Derzeitiger Stand: Untersuchung noch nicht abgeschlossen. Verzögerung der Antragstellung und des Bohrbeginns. Fazit: Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Erforderlich: Umfangreiche Detailuntersuchungen der geologischen Situation, des Speicherverhaltens und des technischen Zustandes sämtlicher Bohrungen in der Umgebung, um den Sicherheitsabstand zu ermitteln und damit die bergbauliche Sicherheit zu gewährleisten. Erheblicher Mehraufwand Nutzungskonflikte Vielen Dank bereits für Ihre Aufmerksamkeit! in der Planungsphase ausreichend berücksichtigen (Machbarkeitsstudie)

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